海洋平台结构范文

海洋平台结构范文（精选8篇）

海洋平台结构 第1篇

海上石油钻井平台是以钢结构为主体的多专业协同工作的采油平台, 钢结构作为承受所有荷载的载体, 力学计算就成为钢结构设计的主要依据。本文以平台改造项目为例, 论述承重状态下的详细设计的基本方法和工作思路。

1.1工况概述:平台改造项目的目的是为了在平台上增加一台设备, 以更好的进行原油处理, 减少资源浪费。该设备重70吨外形尺寸为长2米宽12米, 放置于平台东侧, 目前设备就位区没有结构, 需要增加结构放置设备。

1.2初步设计:首先, 要进行节点设计, 我们初步设计了28个节点, 节点的名称和坐标如下:

1号节点坐标为 (0, 0, 0) ;2号节点坐标为 (1, 0, 0) ;

3号节点坐标为 (3, 0, 0) ;4号节点坐标为 (4, 0, 0) ;

5号节点坐标为 (0, 3, 0) ;6号节点坐标为 (1, 3, 0) ;

7号节点坐标为 (3, 3, 0) ;8号节点坐标为 (4, 3, 0) ;

9号节点坐标为 (0, 6, 0) ;A号节点坐标为 (1, 6, 0) ;

B号节点坐标为 (3, 6, 0) ;C号节点坐标为 (4, 6, 0) ;

D号节点坐标为 (0, 9, 0) ;E号节点坐标为 (1, 9, 0) ;

F号节点坐标为 (3, 9, 0) ;G号节点坐标为 (4, 9, 0) ;

H号节点坐标为 (0, 12, 0) ;I号节点坐标为 (1, 12, 0) ;

J号节点坐标为 (3, 12, 0) ;K号节点坐标为 (4, 12, 0) ;

L号节点坐标为 (0, 15, 0) ;M号节点坐标为 (1, 15, 0) ;

N号节点坐标为 (3, 15, 0) ;O号节点坐标为 (4, 15, 0) ;

P号节点坐标为 (0, 18, 0) ;Q号节点坐标为 (1, 18, 0) ;

R号节点坐标为 (3, 18, 0) ;S号节点坐标为 (4, 18, 0) ;

设备放置于节点6、7、N、M围成的方形区域内。该设备的重量荷载是以面荷载的形式施加到节点6、7、N、M所连接的梁格上的。

2型材选用和结构力学计算

接下来可以选择H型钢了, 由于该项目承重设备重量较大所以我们尽量选择屈服强度较大的H型钢进行设计, 大梁选用H588X300X12X20的H型钢屈服强度355MPa, 小梁选用H300X300X10X15的H型钢屈服强度355MPa。将这两种型钢的数据输入SACS5.2。

梁格的规格确定以后还要选择甲板板的规格, 按照规范选择8毫米厚的碳素结构钢材质为Q235B, 输入SACS5.2。

选择好材料就可以开始结构力学计算了, 我们先根据初步设计的蓝图建立SACS5.2的力学模型, 经过计算发现单靠H型钢的悬臂结构无法满足该设备的承重要求, 因此考虑增加斜撑, 选择直径为273毫米壁厚为10毫米的20#钢的无缝钢管。同时需要增加两个节点作为斜撑的支点, T号节点坐标为 (0, 0, -4)

U号节点坐标为 (0, 18, -4) 。将斜撑的数据输入SACS5.2。

接下来根据初步设计的节点坐标建立力学模型, 建模时注意梁格与甲板的偏置。

模型建立以后就可以施加荷载条件了, 荷载区域为节点6、7、N、M所围成的长方形区域其面积为Q=212=24平方米, 设备的荷载大小为70吨相当于709.8=686千牛顿, 面荷载大小为686/24=28.6千牛顿每平方米, 其荷载条件设定为1。结构自重也需要设定荷载, 其荷载条件设定为2。最后设定一个荷载条件3, 其荷载大小为1号荷载乘以1.05再加上2号荷载乘以1.05, 1.05为荷载的不确定系数。将3号荷载条件导入计算, 得到所有梁格的应力, 根据报告显示所有梁格UC值小于1, 整体结构应力符合规范要求。

3节点分析和加强

通过了结构的整体强度计算, 平台的大概轮廓就确定下来了, 那么接下来就应该将设计进一步细化。

首先, 我们要确定梁格的组对关系。该项目我们选择大梁断小梁、纵断横不断的原则来确定梁格的组对关系。

既然有了梁格接下来就可以铺甲板板了, 甲板板的设计要以实际采办到的规格为准。全部采用纵向摆放甲板板以减小焊接变形。根据规范, 甲板板需距离平台最外边缘20毫米, 这样一来甲板板的设计就完成了。

在建立三维模型后先检查一下结构的合理性, 我们发现斜撑和H型钢的位置关系设计的并不合理, H型钢没有完全覆盖斜撑。这样是不符合规范的, 因为斜撑管内部是无法喷涂的, 所以管内部很容易被雨水和海水腐蚀。遇到这样的问题, 我们可以将H型钢向外加长150毫米以确保覆盖斜撑。

接下来我们还要对节点强度进行分析。在该项目的30个节点中只有21个自由节点, 所以我们只计算这21个节点的强度, 下面仅以A号节点为例, 论述节点分析与局部加强的方法, 计算利用ANSYS10.0的shell单元来实现。力学模型的建立用AUTOCAD2008来实现。

将A号节点的CAD模型以SAT格式导出, 再导入ANSYS, 输入命令如下。

/PREP7!进入前处理器

ET, 1, SHELL63!定义板壳单元类型

R, 1, 0.02!定义20毫米厚的板的实常数

R, 1, 0.012!定义12毫米厚的板的实常数

R, 1, 0.015!定义15毫米厚的板的实常数

R, 1, 0.01!定义10毫米厚的板的实常数

MP, DENS, 1, 7.85e3!定义材料密度

MP, EX, 1, 2.1e11!定义材料弹性模量

MP, NUXY, 1, 0.3!定义材料泊松比

定义模型后分别给不同的截面划分各自的网格, ANSYS模型就做完了, 我们将大梁的两边施加全约束, 然后就可以施加荷载了。我们可以利用前面的SACS计算结果找到每根梁施加给A号节点的荷载。

我们将上面A节点的荷载施加到ANSYS模型, 得到应力云图, 应力的最大值236MPa, 可见此处的应力状态虽然符合规范, 但是还有点危险, 我们为了保守起见还是要加强此处节点, 由于应力主要集中在小梁的下翼缘所以我们可以考虑在小梁的下翼缘处加一块筋板, 加筋板后计算出结果。我们发现应力集中已经被转移到别处去了, 而且最大应力已经减小到179MPa, 工况已经很安全了。

我们将其它的节点逐一分析, 最终确定了所有节点的加强形式, 这样我们的平台结构就全部确定下来了。至此我们就完成了全部详细设计任务。

参考文献

[1]曾攀·有限元分析及应用·1版·北京:清华大学出版社, 2004。[1]曾攀·有限元分析及应用·1版·北京:清华大学出版社, 2004。

海洋平台结构 第2篇

油气爆炸冲击载荷作用下海洋平台结构响应及风险研究

采用大型通用有限元软件MSC/DYTRAN,对歧口QK18-2海洋平台舱室结构内部密闭空间内爆炸载荷作用下变形和破坏的情况进行数值模拟研究,从结构的`变形失效和构件能量吸收等方面对海洋平台的典型舱室结构在不同加强方式下的动态响应进行数值仿真计算,并依据TNT当量法对该海洋平台某舱室进行了油气爆炸后的风险计算.

作 者：崔颖 尹群 孙彦杰 苏艳艳 CUI Ying YIN Qun SUN Yan-jie SU Yan-yan 作者单位：江苏科技大学,镇江,21刊 名：中国海洋平台 ISTIC英文刊名：CHINA OFFSHORE PLATFORM年，卷(期)：200823(1)分类号：P75关键词：油气爆炸 海洋平台 动态响应 风险分析

海洋平台结构 第3篇

化学药剂注入橇是海洋采用平台常用的化学药剂注入装置, 起作用时为工艺处理流程注入化学药剂以保证系统工艺性能。常规化学药剂注入橇往往是采用泵和罐体在同层的结构, 设计简单, 结构受力好。但是渤中油田井口平台由于空间限制, 长和宽能利用的尺寸很小, 而高度却可以利用, 本项目化学橇采用上下层布置, 有效利用高度空间。罐体架在上层, 泵和管线在下层, 方可满足总体布置得要求。双层布置的方案, 由于罐体的架高, 重心变得较高, 若安装时吊装底座, 稳定性较差, 经过分析确定吊二层平台, 着就要验证立柱和主承重梁是否满足强度和变形要求;操作时由于罐体的底板及其加强梁被架起, 操作工况下装满液体, 底板的承受液柱压力时二层平台的受力情况也是风险点之一, 本文针对这两种工况进行了有限元[1,2]分析。

2 有限元建模及计算

根据工艺原理, 化学药剂注入橇的总体布置见图1。

罐体布置在上层, 管线和泵等其他设备布置在下层, 结构梁选用25a工字钢, 立柱选用150X150X6的立柱

3 吊装分析

根据化学药剂注入橇的布置图, 可以初步确认吊装工况下, 整橇重心较高, 若吊点设置在底座上, 吊装稳定性较差, 若将掉点设置在罐体顶部, 侧板和顶板都较薄, 钢板易出现局部变形。所以选择采用二层平台作为吊装点较为合理。并以此方案为基础进行吊装分析和设计。

●罐体及罐顶平台总重11200kg, 以均布力加载于二层平台承重梁上, 承重梁单个长度6584mm;均布力

●其余作用于钢结构上的载荷以等效重力的方式加载, 其中整橇余重11980kg, 模型中钢结构重量5237kg, 等效重力加速度.

●忽略罐体在吊装情况下对罐体的加强作用,

吊装工况有限元模型和加载情况见图2。

吊装工况计算结果见图3和图4

由于吊装作业危险性较大, 且本设备的使用地点为海上平台, 为满足设备吊装的安全需求, 根据海上施工作业相关规范, 设备吊装时采用动载系数进行应力及应变校核, 动载取1.65, 由以上应力计算结果可以看出, 吊装时最大应力吊点作用处及吊点处主结构梁上下翼板处, 其最大应力值约为84MPa小于Q235的[3], 观察变形云图可值, 在吊装工况下, 在没有立柱一侧, 上下两层结构会出现较大量的竖直方向的变形差, 约为7.7mm, 这会对处于此处的管线造成一定的附加拉力, 有造成管道损坏或者变形的风险, 因此在总体布置和管道设计时应尽量减少在没有立柱一侧有上下连通管线。

4 操作工况分析

在操作工况下, 按最大极限重量, 即二层的所有化学药剂储罐满液, 载荷如下:

●罐体及罐顶平台操作重37580kg, 以均布力加载于承重梁上, 承重梁单个长度6584mm;均布力

●其余作用于橇上的载荷以等效重力的方式加载, 其中整橇余重11980kg, 模型中钢结构重量5237kg, 等效重力加速度。

●忽略罐体对结构的加强作用。

有限元模型和加载情况见图5。

图6和图7为操作工况下的计算结果。通过计算结果可以看出, 化学药剂注入橇的结构在操作工况下结构的最大应力主要集中于内侧四个立柱支撑的主承重梁上及立柱的顶端, 其最大应力值约为66MPa, 根据Q235钢的许用应力126MPa[3], 该结构在操作重载情况下满足钢材的使用要求, 且最大负荷约为52%;且整体结构在操作工况下所产生的变形量约为2.3mm, 这样对橇上设备及管线在操作时所产生的影响较小, 可基本忽略。计算结果表明, 化学药剂注入橇的结构设计满足规范要求。

5 结论

通过以上对比得出, 渤中油田井平台化学药剂注入橇的结构设计满足规范要求, 能保证安全。通过计算, 分析出了受力和变形较大的位置, 能够指导设计图纸的绘制, 在结构图纸中针对这些位置予以特别注意, 并且进行局部加强, 并为相关专业的设计提出建议。

摘要：双层化学药剂注入橇, 罐体布置在上层, 泵和管线布置在下层, 有效的利用的高度, 节约了占地面积。由于罐体架高, 重心变高使得整橇在吊装和操作的时候存在风险, 本文针对渤中油田井口平台双层化学药剂注入橇建立了有限元模型, 分析了操作工况和吊装工况结构的受力情况, 计算出变形量和应力, 充分的验证了设计方案的可靠性。

关键词：双层化学药剂注入橇,有限元,变形,应力

参考文献

[1]储乐平;孙章权.海洋平台大型矩形常压容器的框架结构式设计方法[J].压力容器, 2006 (10)

[2]尚晓江等.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M].中国水利水电出版社, 2006。

海洋平台打桩技术研究 第4篇

一、海洋平台基桩的稳定性分析

海洋平台工程构件的损坏, 不单单是由于构件材料的强度不够引起的, 同时也可能是由于构件的失稳而造成的, 许多海洋工程构件在没有达到屈服应力值后, 也会由于存在的失稳现象而导致构件的损坏, 因此需要重点研究海洋平台基桩的稳定性。随着海洋平台规模的增大, 用到的基桩直径和长度也在不断的增大, 相应的采用的桩锤的重量也在不断的增加, 而且基桩的工作环境也越来越恶劣, 对基桩的设计人员提出了巨大的挑战。基桩在复杂恶劣条件, 以及较大的冲击载荷下, 既要能够保证基桩有足够的强度, 还要求基桩在打入的过程中, 能够打到既定的深度。在动力打桩的设计过程中, 设计人员往往注重基桩本身强度的分析, 并且注重基桩的经济性, 而对于基桩的稳定性研究则关注较少, 这样的分析往往不能够较为全面的分析基桩打入的安全性, 容易造成基桩打入事故的发生。由于基桩的打入是在海洋海水中完成的, 受到海水、风力等恶劣条件的影响, 会影响到基桩自由站立的稳定性。细长杆在受到压力之后, 常常会表现出和强度失效完全不同的状态, 这样细长杆件在受力时, 首先表现的是杆由直线形态变为弯曲形态, 当细长杆的弯曲程度越来越大时, 就容易造成细长杆的弯曲折断。这种细长杆在受力后, 由直线的状态开始变为弯曲的状态, 就称为杆的失稳。当细长杆发生失稳的现象以后, 即使是非常小的力, 也会导致细长杆较大的弯曲变形。在海洋平台基桩的打入过程中, 基桩就相当于细长杆, 如果基桩发生了失稳, 即使是非常小的压力, 也会造成基桩较大的弯曲变形, 最终导致整个基桩系统的失效。导致基桩失稳的压力不一定非常的高, 这个压力有可能会低于基桩的机械强度, 因此发生基桩失稳后, 不是基桩的强度不达标, 主要是由于基桩的稳定性不达标。通常情况下, 基桩弯曲后的特征基本是一致的, 基桩发生弯曲后, 基桩整体开始表现为弹性, 而且应力和应变并没有准确的关系, 当基桩发生弹性弯曲后, 通过材料和受力的研究, 得到基桩发生弯曲破坏的临界载荷。在海洋平台基桩的打入过程中, 基桩的稳定研究主要内容包括, 基桩打入的下端可以看做是一个固定端, 基桩的长轴受压弯曲一直都存在, 当基桩打入的过程中会发生局部的打入弯曲。长轴压曲是当海洋基桩的被打入到海底土中后发生的, 这种情况下, 一般只考虑基桩地面以上的长轴弯曲, 而将地面以下的基桩作为一个固定端来分析。

二、海洋平台基桩与土塞的相互作用研究

在海洋平台管桩的打入过程中, 经过大量的现场实例和室内研究表明。管桩内的土塞的高度主要的影响因素有, 土塞的性质、管桩的尺寸、以及设计打入深度等方面的影响, 其中关系最为密切的就是管桩的直径和土塞的性质。如果土塞为层状, 那么当管桩打入地基中后, 管内土塞的高度和土塞的层序变化、以及土塞的软硬程度有关, 在较软的泥土中, 土塞的高度要大大的高于在较硬的泥土中。随着管桩直径的不断增大, 管桩内土塞的高度也在不断的升高。对于直径较大的管桩, 如果打入的泥土不是很硬, 那么管桩内土塞的高度基本和管桩的长度相当。在基桩的打入过程中, 基桩外侧产生的外摩擦阻力是非常重要的, 对于管桩基桩, 垂直剪切变形存在的位置在基桩打入的附近, 由于剪切力的存在而产生的剪切波是沿着管径向传播的。在粘性泥土中打入基桩的过程, 土塞效应的大小主要和粘土的强度有关。但是在砂土中打入基桩的过程, 往往会出现没有土塞的现象, 特别是在小直径的基桩打入到砂土中后, 很难存在土塞的现象, 而且在砂土的基桩打入, 经常会打入不到设计的深度。在基桩的内壁向下打入时, 内壁受到的摩擦力较大。

结束语

海洋基桩作为海洋平台的主要的支撑方式, 其应用的范围和应用的规模在不断地增加, 海洋基桩打入过程中稳定问题, 也越来越受到研究人员重视。动力打入的基桩是预先在地面上制作好的基桩, 基桩的质量高、强度大, 而且动力打入的方法, 施工时间短, 施工效率高, 使用方便, 适用于各种恶劣的环境。如果基桩发生了失稳, 即使是非常小的压力, 也会造成基桩较大的弯曲变形, 最终导致整个基桩系统的失效。导致基桩失稳的压力不一定非常的高, 这个压力有可能会低于基桩的屈服强度。管桩内的土塞的高度主要的影响因素有, 土塞的性质、管桩的尺寸、以及设计打入深度等方面的影响, 其中关系最为密切的就是管桩的直径和土塞的性质。

摘要：随着我国各个行业的不断发展, 基桩在建筑、市政、铁路、海洋等方面得到了越来越广泛的应用。基桩作为上部载荷的主要支撑物, 基桩的强度和工作寿命都必须要达到一定的标准和要求。如果在打桩或者基桩工作过程中出现问题, 将会带来严重的安全事故, 特别是在海洋平台的打桩方面, 更需要对打桩技术进行深入的研究。文章通过调研研究, 分析了海洋平台基桩的稳定性和打桩的过程, 通过研究对于提高海洋平台打桩的效率和质量具有一定的意义。

关键词：海洋平台,打桩,稳定性,安全

参考文献

[1]黄强.桩基工程若干热点技术问题[M].中国建筑工业出版社.1998.

海洋平台结构 第5篇

随着改革开放的不断深入, 海洋在国民经济中的重要地位日益凸显, 党和国家对海洋的重视程度也越来越高。党的十六大报告提出“实施海洋开发”, 虽然只有6个字, 却是历史性的突破;十八大报告中用了40个字来描述海洋的未来, 提出了“提高海洋资源开发能力, 发展海洋经济, 保护海洋生态环境, 坚决维护国家海洋权益, 建设海洋强国”, 可以预见, 未来海洋事业将会突飞猛进地发展。十八大报告也非常重视文化建设, 指出文化是民族的血脉, 是人民的精神家园;全面建成小康社会, 实现中华民族伟大复兴, 必须推动社会主义文化大发展大繁荣, 兴起社会主义文化建设新高潮, 提高国家文化软实力, 发挥文化引领风尚、教育人民、服务社会、推动发展的作用;同时还要求开展全面阅读活动。

海洋出版社自1978年建社以来, 一直以传播海洋科技和文化为己任, 经过30多年的发展, 现在基本具备了全媒体出版资质, 在国内海洋界享有盛名。出版社主体业务包含图书出版和期刊出版, 图书出版以海洋科技和海洋文化为主、兼顾市场图书, 期刊拥有《海洋学报》 (中、英文版) 、《太平洋学报》《海洋开发与管理》和《海洋世界》等5种, 业务领域涵盖海洋科技、海洋管理、海洋科普和人文社科。这些图书和期刊为海洋出版社的海洋文化平台建设提供了坚实的基础。在海洋文化建设平台中, 从产品种类分, 有图书产品和期刊产品, 这些产品所涉及的专业包括海洋科学和社会科学;从出版形式分, 包括传统出版和数字出版, 将逐步发展为全媒体出版;文化平台所产生的效益包括经济效益和社会效益, 有的产品以经济效益为主, 有的产品以社会效益为主, 经济效益和社会效益相互兼顾, 在企业不断发展壮大的同时, 应时刻牢记海洋文化建设平台传播先进海洋文化的责任, 当社会效益和经济效益相矛盾的时候, 经济效益必须服从于社会效益。

近年来, 我国海洋事业亮点频出, 极地考察、大洋考察、载人深潜、维权等各项工作培育出了极地精神、大洋精神、深潜精神、海监精神等一系列催人奋进的时代精神, 这正是海洋文化的精髓体现。在这种形势下, 海洋出版社必须深刻思考、主动介入, 以独有的方式整理和完善这些体现当代海洋人积极面貌的伟大精神, 加以宣传和弘扬, 鼓舞海洋人的斗志, 提高公众和全民族的海洋意识, 为海洋强国战略的实施做出自己的贡献。

面对机遇和挑战, 更需要强化管理、开拓创新、勤勉务实、加强建设。打铁还需自身硬。海洋出版社是事业体制印记非常深的企业, 难以避免地存在一些问题, 制约了整体发展;因此, 我们必须转变观念, 按照企业运行模式合理调整内部布局, 通过压缩行政保障机构和人员、优化考核与分配办法等方式, 形成内部竞争机制, 用经济杠杆撬动人的主观能动性, 发挥每个人的潜力, 使每个人都为出版社的发展而努力工作, 每个人都因出版社的发展而得到提高。与此同时, 市场是企业的生命, 长期的事业体制使海洋出版社不管是运行模式还是员工思维都较为缺乏市场意识, 这是我们当前的致命弱点, 必须下大力气解决。综合分析市场和企业情况, 我们计划从海洋系统内部市场入手做起, 兼顾全民阅读的大市场, 在稳定已有市场的同时不断开拓新的市场, 多出真正服务海洋事业发展、让广大读者喜闻乐见的精品好书, 实现经济效益与社会效益的双赢。

浅谈海洋平台节能措施 第6篇

1 影响海洋平台节能的因素

1.1 设计及技术因素

鉴于建造时期的设计及技术水平限制,对某些海洋平台特别是老龄海洋平台,其系统设计及设备配置一般相对落后,耗能较大,从客观上增加了开展节能降耗工作的难度。

1.2 费用及工期因素

随着钻井装备配套技术的发展,一批节能技术及设备已在新建海洋平台得到应用,并取得良好的经济效益。但对大部分老龄平台,这些技术及设备的应用需要进行技术和设备改造,其费用约在几百万元左右,改造工期需要数月。费用高,工期长限制了节能技术及设备在海洋平台上的广泛应用。

1.3 机制及人员因素

由于受计划经济及传统钻井企业管理方式影响,海洋平台能源管理机制上还存在吃大锅饭现象耗能设备的定额不合理或考核兑现不认真,造成岗位工人节能积极性不高,使能耗指标形同虚设,未使节能制度和措施达到激励作用。另外,一些平台管理层重生产轻节能,这也是导致平台节能经济运行低的因素。

2 海洋平台节能措施

2.1 应用节能技术

2.1.1 实施优快钻井技术

海洋平台节能降耗的基本措施应该是以钻井施工节能为重点,依靠技术进步,提高钻井速度,缩短钻井周期,杜绝井下事故,降低燃油、润滑油、配件、泥浆药品等生产物质的消耗,从而达到降低钻井成本及节能降耗的目的。近年来,海洋平台开展了优快钻井技术科技攻关,并得到了广泛的应用,取得了明显的节能效果。

(1)导向钻井技术。改变传统的钻井方式,钻进作业中采用PDC钻头+动力钻具+MWD钻具组合实现仅用一趟钻完成定向段、增斜段、降斜段和稳斜段等施工,不仅缩短了钻井周期,而且使井眼轨迹控制平滑、井径规则,达到了优质、快速钻井的目的。

(2)优选钻头技术。在实施复合导向钻井技术中,优选的高效PDC钻头适应转速变化范围大,有利于复合钻井方式钻进。一只PDC钻头可连续钻完一个6口井的丛式井组,累计进尺达6 000m左右降低了钻头费用,减少了起下钻换钻头次数。

(3)优质泥浆技术。优选应用了正电胶和两性离子聚合物钻井液,试验表明,这两种钻井液体系的岩心渗透率恢复值均达75%以上,因此,它们具有较大的推广应用价值。

(4)无候凝固井技术。为减少固井候凝时间,隔水管和表层套管固井时,在水泥浆中混掺一定比例的早强剂,使水泥浆的候凝时间大大缩短。

(5)三高钻井技术。在海洋平台设备满足要求的前提下,实施高排量、高转速、高钻压钻井技术,充分发挥喷射钻井效率,以提高机械钻速。

通过研究、推广及应用优快钻井技术,海洋平台在探井、定向井、水平井、大位移井等高难度井大量增多的情况下,钻井速度逐年提高,建井周期缩短17.34%,取得了显著的节能降耗和经济效益。

2.1.2 采用高新机电技术

随着科技的发展,越来越成熟的机电技术在海洋平台上得到了推广,这些技术的共同特征就是安全可靠、高效节能。

(1)顶部驱动技术。顶驱钻井系统是20世纪80年代以来钻井设备发展的新技术之一,相比传统转盘驱动,它具有的突出优点是:(1)可节省钻井时间20%～25%;(2)可大大减少卡钻事故;(3)可控制井涌,避免井喷;(4)顶驱系统以28m立根钻水平井、丛式井、斜井时,不仅减少了钻柱连接时间,还减少了测量次数,容易控制井底马达的造斜方位,节省了定向钻井时间,提高了钻井效率。

(2)柴油机电喷技术。降低成本一直是钻井承包商追求的目标,而燃油费用约占柴油机总运行费用的60%～90%。由于具有性能可靠、燃油消耗及排放气体中有害物少等优点,电喷柴油机在海洋平台得到广泛应用。在电喷柴油机的电子式单体喷油器(EUI)系统中,燃油喷射压力仍然由凸轮轴通过推杆、挺杆和摇臂驱动喷油器产生,但燃油喷油定时及喷油持续时间却是由发送到喷油器上的电子信息精确控制的,其喷射时间起点和终点都可以调整。这种灵活性是十分重要的,因为最佳的喷射时间不是一个“常数”,它是根据柴油机的中冷器水温、负载及转速等状况而调整,燃油喷射过程在柴油机的整个工况变化范围内都得到了优化,因此,电喷柴油机燃油消耗率较低,具有较好的经济性。表1为CAT 3512B电喷柴油机与其他几种常用石油柴油机在额定载荷时燃油消耗率对照表。由表1可以看出,电喷柴油机具有良好的燃油经济性。

(3)交流变频技术。海洋平台电传动系统按其驱动电机类型分为SCR直流电传动系统和交流变频传动系统。两者相比,交流变频传动系统具有的优点是:(1)交流变频电传动钻机可简化掉绞车、转盘内变速系统,实现无级调速,传动效率高;(2)交流电机没有碳刷换向器,使用安全可靠,易于操作管理,具有安全保护功能,可实现电机的免维护运行,维护费用低;(3)交流变频电传动系统负载功率因数高,能耗低。因此,目前新建平台大部分采用交流变频传动系统。

(4)滤波与功率补偿技术。目前,老龄海洋平台大都由SCR装置驱动钻井设备,然而大功率SCR装置会导致平台电网功率因数极低,并且含有大量高次谐波和寄生脉冲,这对平台电网产生了严重污染,导致的问题有:(1)发电机组效率及稳定性下降;(2)电缆、电动机和变压器出现异常过热;(3)用电设备之间相互干扰,损坏敏感的设备,引发断路器误动作,造成电容器过载或因故障而损毁;(4)高次谐波诱发电网谐振,损坏可控硅等元器件,严重时造成电气设备失控影响平台设备的正常运行。鉴于这些情况,平台电网有必要加装滤波与功率补偿装置,以达到改善用电电能质量、提高功率因数、降低损耗、提高平台设备运行可靠性、减少钻井设备故障率、降低生产成本的目的。

2.1.3 推广光谱分析及信息技术

随着光谱分析技术及信息技术的应用,海洋平台的节能降耗工作也取得了一定的成果。

(1)光谱分析技术。润滑油是设备的血液,钻井设备的使用寿命很大程度取决于润滑油的科学维护,同时,钻井设备的润滑油等级一般要求较高,以CAT 3516柴油机为例,其机油质量等级为CG,实际维护费用也很高。通过不断探索,在使用高品质润滑油的前提下,海洋平台加强与技术监督部门的合作,采取了定期取样化验的方法,实施油质监测,做到按质换油,实现了科学润滑与节约能源的统一。

(2)信息技术。信息技术的应用是全方位的,既有动态物资管理和网上办公,又有生产在线调度,运用现代信息技术提升海洋平台管理,可带来较好的节能效果。首先,物资是设备保养、修理的重要物质基础,同时,又是设备寿命周期费用的组成部分。储备少了,由于海上交通不便,一旦设备出现故障,修理工作就无法保证,甚至会影响生产及平台安全;储备多了,势必会占用大量资金,影响经济效益。应用计算机及网路可以实现库存在线监控,随时掌握物资库存状况,避免物资积压浪费。其次,实行网上办公系统,不仅提高办公效率,而且可节省大量的办公用品。再者,信息技术应用在生产管理中,实现了在线生产调度,为科学高效组织生产奠定了基础。

2.2 实施技术改造

2.2.1 采用可调风扇

散热器风扇消耗的功率约占发动机总功率的1.5%～6%,并且随着发动机负荷的降低,风扇消耗的功率所占的百分比就越高。考虑到大多数情况下平台发动机处于中低负荷下运行,故可采用具有两档变速的可调风扇。当大负荷运行时,发动机冷却水温度较高,可调风扇就以高速连续运转,满足散热要求;当不钻井或负荷较小时,发动机的散热量就小,这时控制信号就驱动风扇低速转动,从而可以有效地降低风扇的功率消耗。

2.2.2 雨水回收及海水淡水

海洋平台淡水主要用于人员饮用、卫生清洁及固井作业等方面,其中,卫生清洁及固井作业用水量约占总用水量的70%。由于远离陆地,海洋平台淡水主要通过船舶运输途径补给,因此非常珍贵。近年来,为降低成本,海洋平台通过技术改造,实现了多途径获取淡水。(1)通过管路改造,实现飞机平台及甲板雨水回收利用;(2)通过安装海水淡化装置,可将海水转换为淡水,淡水产量可达50t/d。

2.3 加强节能管理

2.3.1 增强意识,全员参与

认真宣传贯彻《中华人民共和国节约能源法》,把节能工作贯穿于海洋平台生产的各个环节,不断增强全体员工的节能意识,把节能目标和员工的切身利益联系起来,使每名员工逐渐养成自觉节约资源的良好习惯。

2.3.2 强化管理,合理操作、保养及维护设备

海洋平台设备多,耗能工况各不相同,因此,强化设备管理也是有效的节能措施。根据钻井负荷及钻井工况,确定使用发动机的台数。同时,岗位人员应平稳操作设备,禁止野蛮操作,避免发动机负荷突加突卸;及时保养维护设备,使其得到良好润滑;合理调整设备参数,减少振动及噪音的产生。

3 结束语

海洋平台节能工作始于20世纪80年代,经过多年的探索与实践,已形成了初步完善的节能体系。节能措施的推广实施,提高了海洋平台的经济效益,随着科技的发展,必将会有更多的节能措施被发现和应用。

摘要：针对影响海洋平台节能降耗的因素进行了分析,提出了应用节能技术,实施技术改造以及加强节能管理的海洋平台节能措施。

海洋平台电站容量的确定 第7篇

关键词：电机容量,海洋平台,统计

根据以往经验电动钻机的用电高峰期都是在钻井期间, 经过对钻井过程的全面分析、整理、归纳、提出电动钻机平台电站功率的计算公式。计算得出总功率后, 再确定发电机的台数。

1 电动钻机的负载特点

在电动钻机的工作时间内, 钻机的负荷是由直流钻井电动机承担。因此, 研究电动钻机电站功率的计算, 必须首先了解钻井电动机的载荷特征。

1.1 钻机的运行工况

电动钻机的负荷状态随着钻井深度、钻井工况的差异有很大的变化。对各种不同钻井工况的调查分析, 其对应使用的主要钻井机械由绞车、转盘、泥浆泵、固井泵组成。平台的电力主要消耗包括转盘、泥浆泵和绞车等。转盘和泥浆泵联合工作于纯钻井工况, 绞车单独工作于起、下钻工况。

1.2 钻进时工况分析

通常每钻井9m单根所需要时间1.77～7.6h, 接单根时间为1～5min, 纯钻井过程是钻机连续生产时间, 起、下钻过程是钻机断续生产时间。由表1可以看出, 纯钻进时间比起、下钻时间长。

1.3 钻井电动机的载荷状况

(1) 起、下钻工况。绞车的功能是起、下钻。钻机钻一口额定井深的井时, 下钻时大钩上的载荷是从大钩的自重增加到该钻机的额定钻深时的钻具重量。而起钻时, 是按依次减少载荷, 可以由每下一个立根看到一个工作周期。 (2) 纯钻进工况。纯钻井时, 泥浆泵和转盘同时工作。由于钻压、钻具强度的制约, 转盘的工作扭矩与转速均受到一定的限制, 致使转盘功率比泥浆泵功率小得多。纯钻井时泥浆泵的负荷最大, 通常泥浆泵和转盘又一起运行, 所以纯钻进的载荷极大地影响着电站的功率情况。泵压随着井深的增加而增加。每钻进一个单根需要2～8h, 即转盘和泥浆泵连续运转2～8h。接单根时所需时间1～5min。此时泥浆泵要暂时卸载, 转盘也停止运转。由以上分析可知, 驱动转盘和泥浆泵的电动机是属于连续负荷长期工作制[1]。

2 电站功率的计算

2.1 电动钻机的最大用电负荷

计算电站功率由以下几方面确定: (1) 转盘功率。转盘最大输入功率主要有220、260、370、410、480和520KW等几种规格。和泥浆泵、绞车相比, 转盘功率小, 又属于连续负荷长期工作制, 所以按全功率运转计算。 (2) 泥浆泵功率。现场使用最多的是额定输入功率为670、970和1190KW有一种上规格泥浆泵。在纯钻进工况中, 泥浆泵的平均负荷为额定负荷的0.85～0.88倍。而泥浆泵的负荷范围是额定负荷的0.7倍。表层钻进时开动双泵或多台泵, 又属于连续负荷长期工作制, 所以泥浆泵需要的电机容量由下式计算

(3) 绞车功率。视钻井深度, 绞车最大输入功率有560、750、1120、1500和2250KW等几种。由起、下钻工况分析可知, 绞车属于断续负荷适时工作制。它的工作特点是重复性和短时性。驱动绞车的电动机运行时, 其输出功率不断变化, 电动机内部损耗在变化, 它的发热和冷却在不断变化。根据“电力拖动”的原理, 这种运行方式按等效功率法计算、选择电动机容量:

Pj短时运行功率;

tj运行时间;

运行时间与停止时间之和。

在充分考虑绞车电动机运行时重复性和短时性的同时, 还要注意绞车的利用率, 视钻井的机械化程度、自动控制仪表和钻井工艺的科学性选取。在纯钻井过程中, 绞车转盘和泥浆泵不同时工作, 但有时候处理事故也需要绞车配合转盘、泥浆泵同时工作, 所以电站功率计算中仅取绞车等效功率的1/4。 (4) 辅助设备功率。在电站功率计算中还应包括泥浆净化设备、井口机械、钻井过程中各种油泵、水泵、压风机及生活、照明用电等。

2.2 钻井平台的最大负荷

在各种不同形式的海洋石油钻井平台中, 非钻进时间内用电量最大的自升式钻井平台升桩腿时用电量最大, 但是也远小于平台钻机在钻进过程中的用电量。陆用钻机或钻井平台用电量最大都出现在钻井状态。在纯钻进工况中又以浅层钻进时用电量最大, 电站负荷处于高峰, 所以在研究计算钻井平台的电站功率时应以浅层钻进为基本依据。

2.3 电动钻机平台功率的计算公式[2]

式中K钻深功率系数, 钻机设计时:钻深<4500m, K=1;钻深4500～6000m, K=1.1;钻深>6000m, K=1.2;

PRT转盘最大输入功率, kw;

PMP泥浆泵额定功率, kw;

PDW绞车最大输入功率, kw;

钻机总传动效率, 对SCR电驱动钻机取0.86;绞车功率利用率, 取0.6～0.88;

辅助设备功率, 按绞车功率<750kw, 取200kw;1500kw, 取300kw;2250kw取600kw。

部分经变压器降压到400v或440V交流, 供电给辅助设备及生活、照明。

2.4 对公式的校验

利用渤海六号钻井平台的参数对公式进行验证。渤海六号钻井平台配备绞车功率为1500kW, 钻井深度为4500m, 泥浆泵台数为2台, 每台功率为970kW, 转盘功率为300kW, 传动方式为SCR, 利用公式3计算得出电站总功率应为2872kW, 实际工程为渤海六号钻井平台配备4台930kW的发电机, 其中三台正常使用, 一台备用, 由此发现, 由公式计算所得的电站容量与实际工程中配备的电站容量相近, 符合较好。

2.5 单台发电机组的功率和台数。

由前面的公式计算出电站功率, 可按下式计算单台发电机的容量;

式中n正常运转发电机的台数, 通常取2～4[3]。

在考虑一台备用机组时, 一般电站装机容量2～5台。根据计算得的PG值, 再选取标准产品的额定容量PHG。

3 结论

本文对平台设备的用电情况分析, 总结出主要的用电设备的功率消耗规律, 通过回归的方法得出计算公式, 该公式可以比较准确地计算出平台功率的消耗量, 对于平台的前期设计有一定的帮助。

该公式适用于各种装有电驱动钻机的非自航海洋钻井平台和陆用类型的电驱动钻机, 至于绞车和转盘分开驱动或联合驱动, 固井是否采用电驱动, 都对计算公式的准确性无影响。

参考文献

[1]李海凤.平台发电机的容量计算与选择[J].高校理科研究, 1997, 19 (4) ;103-106.

[2]海洋石油工程电气技术[M].东营:石油大学出版社, 1998:173-178.

浅析海洋平台钻机模块仪表系统 第8篇

关键词：DAQ数据采集器,拖链,弯曲半径

海洋平台钻机模块是海上石油钻井装置的一种, 钻机模块仪表系统分为钻井仪表控制系统及仪表火气 (ESD) 系统。钻井仪表控制系统是测量钻井参数和监控钻机正常工作的系统, 它是钻井参数储存、处理的核心, 是钻井作业的眼睛和大脑。而仪表火气 (ESD) 系统是钻井作业的安全保障。

1、钻井仪表的构成及现状

目前世界上主要的钻井仪表厂家有上海神开公司、美国M/D Totc公司和美国Petro公司。

(1) 我国海洋用钻机主要有直流驱动钻机和交流变频钻机两种, SZ36-1K钻机模块的钻井设备就采用了电驱动中的交流驱动系统, (AC-VFD-AC) 。采用西门子的变频系统控制, 利用DSP全数字技术, 通过DP线, 及光纤各主从站进行联络互讯及控制, 触摸屏在盘面显示状态及设定控制, 比较容易操作。电驱动钻机的仪表系统也由于网络技术和传感器技术的发展, 由原来单一的传统分离式仪表系统发展成一体化仪表。考虑到将来作业方对仪表操作熟悉性的需要, 以及兼容老设备的要求, LF13-2平台钻机模块的仪表系统采用了分离式仪表系统和一体化仪表系统相结合的方式。LF13-2平台钻机模块仪表系统主要采用美国M/D Totco公司产品, 主要由数据采集处理系统DAQ、数据存储监控工作站、司钻房显示系统和现场仪表构成。

(2) 钻井数据采集处理系统是钻机模块仪表系统的核心部分, 它为现场仪表提供电源, 并将现场仪表数据采集输入系统, 经系统处理后将数据送入数据存储监控工作站进行储存监控, 同时将送入司钻房显示系统供司钻监控。数据采集处理系统电源由UPS供电, 电源为120VAC 60Hz。由于钻井井场对防爆要求比较高, 现场仪表都采用本质安全性仪表, 因此数据采集系统配备了安全隔离栅, 安全栅与数据采集系统均安装于一个系统柜内。M/D Totco公司的数据采集系统和柜体具有较好的防辐射和防干扰能力, LF13-2钻机模块项目数据采集处理系统放置在钻井模块配电间内挂墙装。

(3) 数据存储监控站是用来存储和打印钻机模块仪表系统参数, 同时作为钻井监督监控站。主要由计算机、管理软件、打印机及与数据系统的连接通信模块组成。仪表系统管理软件融合了最新的传感器和数据处理技术, 可以产生钻井信息和钻井报表, 是先进、可靠并易于操作的钻井信息处理系统。管理软件将成熟的钻井计算方法用于现场数据实时分析和控制, 可以对钻井系统进行屏幕设置、报警设置, 以图表、数字显示符合要求的钻井信息。如果需要, 可以通过网络实现远程监控和设置。电脑的运行管理软件连接到钻井检测系统在线生成彩色图谱 (彩色打印机) , 所有的信息自动存储在计算机硬盘, 数据按时间顺序存储, 操作员能够选择时间调出记录并能显示或绘制出高分辨率的彩色图谱。操作人员在计算机上可以调出的数据包括:泥浆返回流量、1#泥浆泵泵冲、2#泥浆泵泵冲、泥浆泵总泵冲、泥浆增减情况、泥浆罐液位、计量罐容量、钻井速度、井深显示、大钩载荷、立管压力、转盘/顶驱扭矩、转盘/顶驱转速、吨公里指示/设定 (自动清0) 、吨公里指示/滑程 (自动清0) 、吨公里指示/切割 (自动清0) 等。

(4) 节流控制盘和防喷器控制盘是独立的, 远程节流控制盘位于司钻房内, 主要控制节流管汇的远程节流控制阀, 显示高压泥浆泵的泵冲和累积泵冲、立管压力、套管压力、节流后压力。节流控制和防喷器控制采用液压控制方式。防喷器控制在下列三处设有专用控制盘:1) 防喷器控制单元在防喷器甲板 (DES) ;2) 在钻井甲板的司钻房 (DES) ;3) 队长办公室 (LQ) 。

(5) 节流控制盘和防喷器控制盘及附属设备能适用于1级2类区C&D组的危险区域, 按IEC标准防护等级要求为IP56, 表面涂装为朱红色。防喷器远程控制系统用硬线连接。

(6) 灰罐和泥浆混合系统完全是独立控制的, 灰罐就地控制盘显示灰罐重量和压力。灰罐上装有压力表和安全阀, 灰罐系统显示每个灰罐的料位和重量, 系统供电为AC230V 50Hz, 厂家将提供变压器为其它设备提供电源, 确保雷达料位计正常工作, 厂家还提供缓冲罐的指重传感器、压力表、控制盘和特殊工具。

(7) 司钻台仪表显示系统放在司钻控制台上, 可以选用多种参数配置, 将基本的钻井参数在液晶显示器显示, 比如钻压和大钩重量、钻速和深度, 转盘转速和扭矩, 泵压和泵速, 各泥浆罐容量, 大钳拉力、泥浆密度和温度, 回流泥浆的流量等参数。设计者可以根据用户的需要选择司钻显示系统的参数多少和显示位置, 比如泥浆密度和温度一般情况下可以不选用。司钻台显示系统还包括液压机械显示表, 一些重要参数如钻压和大钩重量, 泵压, 大钳拉力都要用机械显示表在司钻台上显示, 便于司钻更直观地观测, 钻压和大钩质量作为最重要参数, 一般要求为12″或16″。

(8) 现场表:现场仪表包括设备参数变送器和泥浆参数变送器主要有泥浆立管压力变送器、水泥立管压力变送器、节流压井管汇压力变送器、泥浆回流流量变送器、泥浆液位变送器、泥浆密度变送器, 绞车编码器、泵冲变送器、大钳拉力变送器、指重表、转盘转矩变送器、转盘转速变送器。

2、火气探测/报警系统描述

模块钻机火气系统是一个独立的系统, 它可以自动处理接收的信号, 并且能够提供信号给大平台火气系统, 也能够接收来自大平台火气系统的信号。模块钻机火气系统包括现场火气探头、手动报警站、火气盘以及报警灯铃等, 火气盘布置在DSM层的仪讯间, 它的主要功能是实时监控所有火焰探头、可燃气探头、烟热探头输入的信号, 把系统的状态信号传送到大平台的中控室, 并且启动相应的报警灯铃以及其它必要的设施。模块钻机中的火气探测及报警系统能够持续监测模块中每个区域的险情, 能够及时对每个确认火或者确认气体泄漏信号作出反应, 并触发相应的灭火装置以及关断系统, 同时启动报警装置来引起工作人员视觉和听觉上的注意。模块钻机火气系统与大平台火气系统的信号传送分硬线传送和软线传送两种, 硬线传送信号通过接线箱来连接, 软线一般是光纤缆, 直接与火气盘连接。

3、钻机模块仪表系统设计要点

在全程参加了SZ36-1K钻机模块的详细设计和加工设计, 以及LF13-2海洋平台钻机模块加工设计后, 根据该项目的设计情况和现场经验, 我们认为海洋平台钻机模块仪表系统的设计要点如下。

3.1 充分了解设备的情况, 结合用户的实际需求选择最佳仪表配合方案

钻机模块仪表系统是为了提供钻井所需参数的系统, 不同的地质情况, 不同的操作者, 不同的业主对参数的种类和精度要求不一样, 而且还有第三方的仪表数据接口:如录井, 测井等应该结合设备情况合理的选用仪表类型, 防止漏掉接口或者接口对不上及。对于顶驱系统, 目前国内的顶驱大多也是交流变频控制, 而且有自己的控制房和控制盘, 也可以输出转速和转矩参数, 也无须相应的仪表。 (直接数据到司钻房的控制盘也可) 。

3.2 司钻房的设计是钻机仪表系统设计的关键

司钻控制房是钻机的控制中枢, 其性能的优劣和布局合理与否直接关系到整台钻机的生产效率, 维护保养性能, 工人的劳动强度和生产安全。司钻房的性能和布局设计是钻机仪表专业的主要工作之一, 也是整个钻机仪表系统是否合理的集中表现的地方。

3.3 仪表电缆托架的合理性

由于海洋平台空间的限制, 钻机模块所能利用的空间很小, 而仪表系统的电缆托架通常是在配管管线和电气大电缆托架布好后再布局, 所剩空间很有限, 需要按标准与电气电缆保持距离, 难度非常大, 建议使用专业三维软件进行布局。对于少于3根电缆时, 可考虑走马脚。电缆不要裸露在钻井面上和过道上, 以免妨碍钻井操作和人行走。移动拖链的电缆设计也是必须注意的, 不仅要合理安排移动拖链上管线、电气电缆、仪表电缆的合理安排, 特别要注意电缆上下移动拖链的方式, 保留足够的弯曲半径。

4、结语

随着电子化仪表可靠性、稳定性的提高, 电控逐渐替代气控和液控的趋势以及高速可靠网络的使用, 可以预料的是电子化、一体化仪表将会替代传统的钻井仪表系统, 而电气系统、通讯系统将和仪表系统合而为一, 一个高度自控、远程控制、具有良好人机界面的综合控制系统将出现在钻井井场, 这将会极大地减少井场人员人数和劳动强度, 也会出现只在室内工作的洁净的司钻或远程司钻。

参考文献